氢纯化装置、部件和包括该装置、部件的燃料处理系统制造方法及图纸

氢纯化装置、其部件和包含其的燃料处理器以及燃料电池系统。氢纯化装置包括含有分离组件（２０）的封闭物（１２），如压力容器，适于在压力条件下接收含有氢气的混合气体流（２４）以及适于由此生成含有纯的或者至少基本上纯的氢气（３４）的流。在某些实施方案中，封闭物不用密封垫密封。分离组件包括至少一个氢渗透和／或氢选择性膜（４６），以及在某些实施方案中，氢选择性膜永久性地和直接固定到封闭物。在某些实施方案中，膜被直接焊接、扩散结合或铜焊到封闭物上。在某些实施方案中，部分氢选择性膜形成了部分密封的封闭物，以及在某些实施方案中，由氢选择性膜和封闭物的消耗的部分形成界面。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术通常涉及氢气的纯化，且更具体地说，涉及氢纯化装置、部件和包括该装置、部件的燃料处理和燃料电池系统。
技术介绍
纯化的氢可用于制备许多产品，包括金属、食用油脂、半导体、微电子。纯化的氢还是许多能量转换装置的重要的燃料源。例如，燃料电池利用纯化的氢和氧化剂来产生出电势。各种工艺和装置都可以产生由燃料电池消耗的氢气。然而许多氢生产工艺产生了不纯的氢流，这种不纯的氢流还可以称为是含有氢气和其他气体的混合气体流。在将这种流输送至燃料电池或燃料电池堆之前，可以纯化该混合气体流，例如以除去不良杂质。专利技术概述本专利技术的公开内容涉及氢纯化装置、氢纯化装置的部件以及包括氢纯化装置的燃料处理和燃料电池系统。该氢纯化装置包括形成压力容器的封闭物，该封闭物含有分离组件，其适于在压力条件下接收含有氢气和其他气体的混合气体流以及适于由此生成含有纯的或者至少基本上纯的氢气。在某些实施方案中，封闭物不用密封垫密封。分离组件包括至少一个氢渗透和/或氢选择性膜，以及在某些实施方案中，氢选择性膜永久性地和直接地固定到封闭物。在某些实施方案中，膜被直接焊接、扩散结合或铜焊到封闭物上。在某些实施方案中，一部分氢选择性膜形成了一部分密封的封闭物，以及在某些实施方案中，自氢选择性膜和封闭物的消耗的部分形成界面。对于本领域的那些熟练技术人员，当参考以下的详细描述和附图页时，本专利技术公开内容的许多其他特征将变得显而易见，其中引入了本
技术实现思路
的原理的优选实施方案仅以示例公开。附图简述附图说明图1是氢纯化装置的示意图。图2是氢纯化装置的示意性截面图，阐述了包括氢选择性膜的分离组件的实施例。图3是根据本
技术实现思路
构建的氢纯化装置的示意性截面图。图4是详细显示了图3中的装置的部分氢选择性膜、膜支撑体和渗透侧端板的不完整的截面图。图5是根据本
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构建的另一种氢纯化装置的示意性截面图。图6是详细显示了图5中的装置的部分氢选择性膜、膜支撑体、膜垫和渗透侧端板的不完整的截面图。图7是详细显示了含有图6的膜垫的变化形式的氢纯化装置的不完整的截面图。图8是示意性地详细显示了通过将膜焊接到氢纯化装置的封闭物而形成的周边密封的不完整的截面图。图9是示意性地详细显示了通过将膜扩散结合到氢纯化装置的封闭物而形成的密封的不完整的截面图。图10是示意性地详细显示了通过将膜铜焊到氢纯化装置的封闭物而形成的密封的不完整的截面图。图11是根据本
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构建的另一种氢纯化装置的分解等轴视图。图12是根据本
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构建的另一种氢纯化装置的示意性截面图。图13是根据本
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构建的另一种氢纯化装置的示意性截面图。图14是根据本
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构建的包括隔热的加热组件的氢纯化装置的分解等轴视图。图15是燃料处理系统的示意图，它包括根据本
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构建的燃料处理器和氢纯化装置。图16是燃料处理系统的示意图，它包括与根据本
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的与氢纯化装置集成的燃料处理器。图17是另一种燃料处理器的示意图，它包括根据本
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构建的集成氢纯化装置。图18是燃料电池系统的示意图，它包括根据本
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构建的氢纯化装置。详细描述和本公开内容的最佳实施方式图1示意性地阐释了一种氢净化装置，该装置通常以10标示。装置10包括界定了内室18的主体或封闭物12，其中分离组件20设置在内室中。含有氢气26和其它气体28的混合气体流24在压力条件下被输送至内室。更具体地说，混合气体流被输送至内室的混合气体区30且与分离组件20接触。分离组件20包括至少一种氢选择性膜和/或氢渗透膜46，且在压力条件下接收混合气体流时适于由其产生含有氢气纯度大于混合气体流的可渗透的或富氢的流34以及至少含有至少相当大部分的其他气体的副产物流。流34一般含有纯氢气或者至少基本上纯的氢气。但是，在本专利技术的范围之内流34至少开始还可以包括载气部分，或残气部分(在渗透区添加至少一个用于残气的入口)。在示例中，穿过分离组件的第一部分混合气体流进入内室的渗透区32。这部分混合气体流生成富氢渗透流34，没穿过分离组件的第二部分混合气体流生成至少含有至少主要部分的其它气体的副产物流36。可以单独或共同存在于副产物流中的这些“其他气体”的示例可以包括二氧化碳、一氧化碳、未反应的生成混合气体流的原料流、水、氮和甲醇中的之一和更多。前述实施例并不一定存在于所有的混合气体流中，因为存在于特定混合气体流中的“其他气体”组分往往可以根据一些因素而改变，如生成混合气体流的工艺，生成混合气体流的反应物，混合气体流生成过程中的操作条件等。副产物流36通常含有一部分存在于混合气体流中的氢气。本专利技术范围还包括，分离组件还适于收集或以另外的方式保留至少主要部分的其它气体，一旦分离组件被替换、更新或者以另外的方式再装载时，这部分气体会被作为副产物流会而除去。图1中，流24，34和36旨在示意性地表示流24，34和36中的每一个可包括多于一股的流入或流出装置10的实际气流。例如，装置10可以接收多股原料流24，在接触分离组件20之前被分为多股流的单股流24，或者被输送至室18的简单的单股气流。类似地，渗透气体流34和混合气体流36可以分别以单股气流或者以两股或两股以上的气流被收回。一般是在高温和/或高压下操作装置10。例如，可以在环境温度至700℃或更高温度的范围内的(选定)温度下操作装置10。在一些实施方案中，选定温度可以在200℃至500℃范围之内。在其他实施方案中，选定温度可以在250℃至400℃范围之内。还有些实施方案中，选定温度可以为400℃±25℃、400℃±50℃或400℃±75℃。可以在约50psi至约1000psi或者更高压力的范围内的(选定)压力下操作装置10。在很多实施方案中，选定压力可以在50psi至250psi或500psi范围之内，在另一些实施方案中，选定压力可以低于300psi或者低于250psi，还有些实施方案中，选定压力为175psi±25psi、175psi±50psi或175psi±75psi。因此，封闭物12通常是压力容器，它被设计成能经受住上述的高温和/或高压。另外，封闭物必须充分密封以用于合适地操作氢纯化装置。应该理解，就像这里参考封闭物所使用的，术语“密封的”指封闭物的气密性或完整性，或者指封闭物包含气流并阻止那些气流和/或其他气流经由除过以下讨论的预期的口进入和/或离开封闭物的能力，这类口如入口64、产物口66和副产物口68。而且，应该理解，当在本文用于引用类似温度或压力的操作参数时，术语″选定的″是指界定的或预先确定的阈值或范围值，其中装置10和任何相关联的部件被设计成以这些选定值或在这些选定值内进行操作。这些选定的操作参数可以根据诸如使用相应结构的特定应用场合，存在于其内的流体流的组成，相应装置的结构和组成，使用者的优选，规章和/或安全要求等类的因素来界定或预先确定。再进一步阐述，选定的操作温度可以是高于或低于一个特定温度的操作温度，其在特定温度范围内，或者在自特定温度所界定的容差范围内，例如在特定温度的5％、10％等之内。在氢纯化装置10的实施方案中，其中在高温操作下操作装置，需要向装置施加热以将装置加热到选定的操作温度和/或将装置维持在此温度下或者维持在此温度的选定范围内。例如，可以通过适当的加热组件42提供热。图1示意性地本文档来自技高网...

【技术保护点】
氢纯化装置，包括：密封的封闭物，界定了具有内室的压力容器，其中所述装置被设计成将含有氢气和其他气体的混合气体流接收进入所述室，以及以由此生成含有至少基本上纯的氢气的富氢渗透流和含有至少相当大部分的其他气体的副产物流；以及氢选 择性膜，该膜永久性地和直接固定到所述封闭物以由此形成密封，以及在所述室内延伸以将所述室分成混合气体区和渗透区，其中所述膜包括设成接触所述混合气体流的混合气体面和通常与所述混合气体面相对的渗透面，其中所述膜被设成选择性地允许所述混合气体流的第一部分从所述混合气体区穿过所述膜到所述渗透区，以及设成选择性地禁止所述混合气体流的第二部分从所述混合气体区穿过所述膜到所述渗透区，以及其中所述渗透流由所述混合气体流的所述第一部分形成，所述副产物流由所述混合气体流的所述第二部分形成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴维J埃德伦德，切斯特B弗罗斯特，R托德史蒂倍克，
申请(专利权)人：益达科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]